以前以為只有光子、電子以及更小,最多是質子、中子這麼大的物體具有量子特性。但最近開了本書說69個中子組成的球體一樣有量子特性,那麼具有量子特性的最大物體能有多大?或者說把具備量子特性的物體叫做微觀物體,不具備的叫宏觀物體,兩者之間的界限是多大?


這個問題其實是現在很多實驗物理學家也在explore的東西,宏觀macroscopic的量子效應比如疊加態如果能夠實現的話,將對很多基礎問題有幫助,比如題主提到的量子經典的界限/quantum gravity之類的。一般來說物體越大粒子越多越容易受環境擾動退相干,所以實驗也越難。這方面一個重要的方向是levitated optomechanics,比如最近奧地利的Markus Aspelmeyer就成功將一個接近150nm的silica球(下圖)給冷卻到了振動的基態(phonon #&<1),期待以後他們能實現疊加態。再有就是像oxford還是cambridge來著,聽說他們在搞nanodiamond spatial的疊加態,希望能有一天看到他們的成果;再有就是若干molecule乃至細菌疊加態的理論proposal實驗難度就不用說了。。

這個silica球看起來好圓啊。。from https://science.sciencemag.org/content/367/6480/892

宏觀跟微觀的界限並沒有那麼分明。或者我覺得可能根本不存在。

想說一說超導量子電路

圖為裝在微波諧振腔裏的一個超導量子比特。中間的矽片上有兩個鋁做的銀色小方塊,功能相當於一個電容器(大約幾百微米大小,肉眼可見 )。兩個小方塊中間還連接了一個也是鋁做的超導約瑟夫森結(還有氧化鋁),功能相當於一個非線性的電感(大約幾百納米大小,肉眼不可見)。在稀釋製冷機 10mK 左右的溫度下,鋁已經達到超導。矽片上的電路作為一個LC諧振器已經處在基態附近。使用外加微波的方法可以把這個電路的狀態很容易地製備到量子疊加態上。

肉眼可見的電路能處在疊加態上,是不是很大了?

但是事情到這還沒結束。如果認可場是一種物質的話,諧振腔裏的電磁場也是處在量子力學基態附近的,甚至可以用來編碼量子信息[1]。圖中這個諧振腔內部的尺寸大約幾個釐米。

補一個有趣的事:之前我們組還考慮過把一個易拉罐裡面的電磁場弄到疊加態上,而且師兄居然真的去建模了。

參考

  1. ^Deterministically Encoding Quantum Information Using 100-Photon Schr?dinger Cat States https://science.sciencemag.org/content/342/6158/607/tab-figures-data


前幾天女票還跟我說到過這個東西:搶答一波:

前段時間,arXiv掛出了一篇文章介紹的是引力波探測器LIGO中光與鏡子(有千克大小質量)之間的量子關聯被測量出來了。


所有的物體,都遵循量子力學的法則。都可以說有量子特性。所謂的量子-經典邊界實際上是很模糊的。

但題主要是想問目前觀測到的產生衍射效應的粒子最大是多大的話,我記得顧樵的量子力學上有提到用足球烯做衍射的例子,這個超大分子大到其受到的重力對實驗結果產生了顯著影響。理論上可以通過很精巧的實驗裝置看到越來越大的粒子的波動效應,但想成功也越來越難了。


實際上所謂的宏觀量子現象(Macroscopic quantum phenomena)已經不是什麼新鮮玩意了。最經典的例子就是超流相的He-4,肉眼可見的液氦爬牆(液體順著杯壁往上爬,因為frictionless)就是一種量子現象。


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